중력 상수는 중력의 고유한 힘을 설명하며 두 물체 사이의 중력을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.
“Big G” 또는 제이중력 상수는 다음과 같이 처음 정의되었습니다. 아이작 뉴턴 1680년에 공식화된 그의 만유인력 법칙에서. 그것은 자연의 기본 상수 중 하나입니다. 값 포함(6.6743 ± 0.00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (새 탭에서 열립니다).
중력 상수를 사용하여 두 물체 사이의 중력은 우리 대부분이 고등학교에서 만나는 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 두 물체 사이의 중력은 두 물체의 질량(m1 및 m2)과 제이두 물체 사이의 거리의 제곱으로 나눕니다(F = [G x m1 x m2]/p^2).
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Keith Cooper는 영국의 프리랜서 과학 저널리스트이자 편집자이며 맨체스터 대학교에서 물리학 및 천체 물리학 학위를 받았습니다. 그는 The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence(Bloomsbury Sigma, 2020)의 저자이며 수많은 저널과 웹사이트에 천문학, 우주, 물리학 및 우주생물학에 대한 기사를 기고했습니다.
중력 상수
중력 상수는 모든 것의 질량을 측정하는 열쇠입니다. 우주.
예를 들어, 중력 상수가 알려지면 중력 가속도에 켤레 땅, 우리 행성의 질량을 계산할 수 있습니다. 일단 우리가 행성의 질량을 알면, 지구의 궤도의 크기와 지속 시간을 알면 우리 행성의 질량을 측정할 수 있습니다. 태양. 태양의 질량을 알면 우리는 모든 것의 질량을 측정할 수 있습니다. 은하수 내부에서 태양의 궤도까지.
중력 상수 측정
측정하다 제이 이것은 최초의 고해상도 과학 실험 중 하나였으며 과학자들은 우주론에 중요한 영향을 미칠 수 있는 우주의 다른 시간과 위치에 따라 다를 수 있는지 여부를 조사하고 있습니다.
중력 상수에 대해 6.67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 값에 도달한 것은 측량사의 시도에 의해 박차를 받은 18세기의 상당히 영리한 실험을 기반으로 했습니다. 펜실베니아와 메릴랜드의 경계를 그립니다. (새 탭에서 열립니다).
영국에서는 세계 헨리 캐번디시 (새 탭에서 열립니다) (1731-1810) 지구의 밀도 계산에 관심이 있던, 실현 (새 탭에서 열립니다) 그 측량사의 노력 실패할 운명 (새 탭에서 열립니다) 가까운 산은 측량사의 수직 밥(측량사가 측정을 수행할 수 있는 수직 기준선을 제공하는 도구)을 약간의 중력에 노출시켜 측정값을 버릴 수 있기 때문입니다. 사이즈를 안다면 제이그들은 산의 중력을 계산하고 그 결과를 조정할 수 있습니다.
그래서 Cavendish는 역사상 그 시점까지 만들어진 가장 정확한 과학적 측정인 유추를 시작했습니다.
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그의 경험 그것은비틀림 균형 기술같은 축을 중심으로 회전할 수 있는 2개의 덤벨이 포함되어 있습니다. 덤벨 중 하나에는 막대에 부착된 2개의 작은 공이 있고 섬유로 깔끔하게 매달려 있고, 다른 덤벨은 348lb(158kg)의 더 큰 무게로 어느 쪽으로든 회전할 수 있습니다. 작은 덤벨의 측면.
더 큰 추를 더 작은 공 근처에 놓으면 더 큰 공의 중력이 더 작은 공을 끌어당겨 섬유가 꼬이게 됩니다. 비틀림 정도를 통해 Cavendish는 비틀림 시스템의 토크(회전력)를 측정할 수 있었습니다. 그런 다음 “대신 토크에 이 값을 사용하십시오.에프‘위에서 설명한 방정식에서 무게의 질량과 거리와 함께 방정식을 재정렬하여 계산할 수 있습니다. 제이.
중력 상수가 변할 수 있습니까?
“Big G”는 다른 기본 상수만큼 소수점 이하 자릿수까지 알려져 있지 않기 때문에 물리학자들 사이에서 좌절의 원인입니다. 예를 들어 파일 비용 전자 소수점 아홉 자리(1.602176634 × 10^-19 쿨롱)까지 알려져 있지만 제이 소수점 이하 다섯 자리까지만 정확하게 조정됩니다. 답답하고 더 정확하게 측정하려는 노력 서로 동의하지 않는다 (새 탭에서 열립니다).
그 이유 중 하나는 실험 장치 주변의 물체의 중력이 실험을 방해하기 때문입니다. 그러나 문제는 실증적 문제가 아니라 존재할 수 있다는 강한 의심도 있다. 작동하는 몇 가지 새로운 물리학 (새 탭에서 열립니다). 중력 상수가 과학자들이 생각하는 것만큼 일정하지 않을 수도 있습니다.
1960년대에 물리학자 로버트 디키(Robert Dickey)는 우주 전자 레인지 배경 (CMB), 1964년 Arno Penzias와 Robert Wilson) – Carl Brans는 중력에 대한 소위 표준 텐서 이론을 개발했습니다. 알버트 아인슈타인‘에스 일반 상대성 이론. 스칼라 필드는 공간(파일 지구 비유는 온도 지도입니다, 온도가 일정하지 않지만 위치에 따라 다름). 중력이 스칼라장이라면 제이 공간과 시간에 따라 다른 값을 가질 수 있습니다. 이것은 중력이 우주 전체에 걸쳐 일정하다고 가정하는 일반 상대성 이론의 더 받아들여지는 버전과 다릅니다.
일본 오카야마 대학의 모토히코 요시무라(Motohiko Yoshimura)는 스칼라 중력 이론이 연결될 수 있다고 제안했습니다. 우주 인플레이션 암흑 에너지로. 인플레이션은 우주 탄생 후 1000분의 1초 만에 발생했으며 우주 탄생 후 10^-36초에서 10^-33초 사이에 짧지만 급격한 공간 팽창을 일으켰습니다. 큰 폭발미시적 크기에서 거시적 크기로 팽창한 우주는 불가사의하게 폐쇄됩니다.
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암흑 에너지 오늘날 우주의 팽창을 가속화하는 것은 신비한 힘입니다. 많은 물리학자들은 팽창하는 두 힘 사이에 연결이 있을 수 있는지 궁금해했습니다. Yoshimura는 두 가지 모두 스칼라 중력장의 표현이라고 제안합니다. 초기 우주에서 훨씬 더 강력함약해졌지만 우주의 팽창과 물질의 확산으로 다시 강해졌습니다.
그러나 제이 우주의 다른 부분에서는 아직 아무것도 발견하지 못했습니다. 예를 들어, 2015년에 .의 규칙적인 맥박에 대한 21년간의 연구 결과가 나왔습니다. 펄서 PSR J1713 + 0747 디렉토리를 찾을 수 없음 (새 탭에서 열립니다) 중력은 여기 태양계와 다른 힘을 가지고 있습니다. 아니요 그린뱅크 전망대 그리고 아레시보 전파망원경 이것은 PSR J1713+0747을 따르는데, 이 천체는 쌍성계에서 3750광년 떨어져 있습니다. 백색 왜성. 펄서는 가장 잘 알려진 것 중 하나이며 “Big G”에서 벗어나면 백색 왜성과 펄스의 타이밍과 함께 궤도 춤을 추면서 빠르게 나타납니다.
안에 성명 (새 탭에서 열립니다)PSR J1713+0747 연구를 주도한 브리티시 컬럼비아 대학의 Wei Zhou는 “중력 상수는 물리학의 기본 상수이므로 다른 장소, 시간 및 중력에 대한 물체를 사용하여 이 기본 가정을 테스트하는 것이 중요합니다. 조건: 중력이 동일하게 수행되는 것을 본다는 사실 우리 태양계에서도 여러분이 먼 거리에서 하는 것처럼 별 이 시스템은 중력 상수가 진정한 글로벌임을 확인하는 데 도움이 됩니다.”
추가 리소스
검토 중력에 대한 실험실 테스트 (새 탭에서 열립니다) 워싱턴 대학의 Eöt-Wash Group이 지휘했습니다.
검토용 “큰 G” 측정 시도 (새 탭에서 열립니다) 그리고 그 결과는 무엇을 의미할까요?
브리태니커 중력 상수의 정의 (새 탭에서 열립니다).
인덱스
“뉴턴 중력 상수의 정확한 측정 (새 탭에서 열립니다). Xue, Chao, et al. National Science Review(2020).
“중력 상수의 이상한 상태 (새 탭에서 열립니다). 국립과학원 회보(2022).
“헨리 캐번디시 (새 탭에서 열립니다). 브리태니커 (2022).
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“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”